一种基于样本熵和经验模态分解的谐振接地系统选线方法技术方案

本发明专利技术是一种基于样本熵和经验模态分解的谐振接地系统选线方法，属于电力系统继电保护领域。本发明专利技术为：检测到母线零序电压瞬时值越限时启动选线装置，通过比较三相电压的幅值确定故障相；提取各馈线故障后60ms的故障相暂态电流进行经验模态分解，利用产生的本征模态分量计算本征模态熵，比较每一组本征模态熵的大小形成预判据，取预判据最大的线路为故障线路。该选线方法利用故障线路故障相与非故障线路故障相的暂态电流分量在时间序列复杂度上有明显的差别作为选线原理，物理意义明确，可靠性好且有较强的适用性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电力系统继电保护领域，具体地说是一种基于样本熵和经验模态分解的谐振接地系统选线方法。
技术介绍
中性点经消弧线圈接地方式又称为谐振接地方式，当谐振接地电网发生单相接地故障时，消弧线圈可以补偿电网的接地电容电流，有利于接地电弧的熄灭，降低电弧接地过电压的几率，提高供电可靠性，但由此也带来了基于稳态分量的选线方法失效问题。而接地电流暂态分量中暂态电容电流和暂态电感电流的频率和幅值差别显著，不能相互补偿，因此具有比稳态分量更为明显和丰富的故障特征。因此基于暂态分量的选线方法一直是谐振接地系统选线中的研究热点。经验模态分解(empirical mode decomposition，EMD)是一种基于信号本身固有的特征时间尺度进行分解的信号分析方法，具有很好的自适应性，尤其适合于非线性、非平稳信号的分析处理。EMD将原信号分解为许多窄带分量，每一分量被称为本征模态函数(intrinsic mode function，IMF)，从而能够被瞬时频率所描述。分解的结果由若干本征模态函数(IMF)和一个残余信号组成。样本熵(SampEn)是在近似熵(ApEn)的基础上发展而来的，它消除了近似熵由于计算自身匹配而造成的偏差，对微小的复杂性变化更为灵敏，精度更高，因而可以更为准确地度量时间序列复杂度。样本熵反映了信号中产生新模式的概率，并用一个非负数来定量表示。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提出一种样本熵和经验模态分解的谐振接地系统选线方法，将信号复杂度作为新的选线特征量，结合EMD算法，作为对现有谐振接地系统选线算法的一种改进方法。本专利技术提出的一种基于样本熵和经验模态分解的谐振接地系统选线方法，按如下步骤进行：(1)故障选线装置检测到母线零序电压超过设定值U0set时启动并录波，采样率为25.6kHz，检测故障后20ms三相母线电压幅值，确定故障相；(2)提取各馈线故障后60ms的故障相电流，利用公式Δi(k)＝i(k)-i(k-3N)计算故障相电流的暂态分量，N为一个工频周期的采样点数，初始化预判据PL1，PL2，…，PLK为0，其中K为总出线数；(3)对各条出线的故障相电流暂态分量进行经验模态分解，将经验模态分解产生的本征模态分量个数定为9，加上余项，一共10个分量，计算本征模态熵IMEn，得到10组结果；(4)对每一组本征模态熵进行排序，选出最小值，最小值所属线路对应的预判据加1，统计完10组结果后将预判据除以10进行归一化处理；(5)对预判据进行比较，最大值PLm所在线路为故障线路。所述步骤(3)中本征模态熵IMEn的计算公式为其中，SampEn表示计算信号的样本熵值，m表示嵌入维数，r表示相似容限，定义式为imfj(t)表示对信号进行经验模态分解得到的本征模态分量，k等于10。所述步骤(4)中，定义可靠性指标Krel，表达式为Krel＝SampEnsemin/SampEnmin，其中SampEnmin表示样本熵的最小值，SampEnsemin表示样本熵的次小值，krel取1.1，当其小于1.1时，认为该组本征模态熵最小值不存在，线路预判据不变，进行下一组本征模态熵的判断；设定阈值Kset，当PLm＞Kset时认为是线路故障，否则认为是母线故障，Kset设定为0.5。本专利技术与现有技术相比，具有以下优势：(1)对传统选线特征量做了拓展，利用故障线路故障相与非故障线路故障相的暂态电流分量在时间序列复杂度上有明显的差别作为选线原理，物理意义明确。(2)本征模态熵在样本熵的基础上引入经验模态分解，可以对信号进行多尺度复杂度分析，更为充分地利用故障信息。提出一种基于本征模态熵的选线方法，首先选择故障相，然后对各出线故障相故障电流求取本征模态熵，得到预判据，最后比较预判据实现故障选线。对不同的故障距离、故障角和接地电阻均可以正确选线，选线可靠性高，适用于缆线混合网络。附图说明图1为本专利技术谐振接地系统单相接地故障时暂态电流分布示意图；图2为本专利技术谐振接地系统仿真模型示意图。具体实施方式以下结合附图和具体实施方式，对本专利技术作进一步说明。图1为两条出线的配电网单相接地故障系统的故障电流分布图。可以看到，流经健全线路故障相的短路电流主要是暂态放电电容电流，而故障线路故障相的短路电流中除了流经消弧线圈的暂态电感电流之外，既包含本身线路健全相的充电电容电流，也包括健全线路的故障相和健全相的暂态电容充放电电流。由于故障相电压突然降低而引起的放电电容电流通过母线而流向故障点，振荡频率高达数千赫兹；而由于非故障电压突然升高而引起的充电电容电流由于流通的回路中含有电源，回路电感较大，振动频率低，为数百赫兹。因此，故障线路与非故障线路的故障相暂态电流的组成成分有很大的不同，其时间序列的复杂度也有显著的不同。样本熵是对近似熵算法的一种修正，对于某一长度为N的时间序列x(n)＝{x(1)，x(2)，…，x(N)本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于样本熵和经验模态分解的谐振接地系统选线方法，其特征在于，包含以下步骤：(1)故障选线装置检测到母线零序电压超过设定值U0set时启动并录波，采样率为25.6kHz，检测故障后20ms三相母线电压幅值，确定故障相；(2)提取各馈线故障后60ms的故障相电流，利用公式Δi(k)＝i(k)‑i(k‑3N)计算故障相电流的暂态分量，N为一个工频周期的采样点数，初始化预判据PL1，PL2，…，PLK为0，其中K为总出线数；(3)对各条出线的故障相电流暂态分量进行经验模态分解，将经验模态分解产生的本征模态分量个数定为9，加上余项，一共10个分量，计算本征模态熵IMEn，得到10组结果；(4)对每一组本征模态熵进行排序，选出最小值，最小值所属线路对应的预判据加1，统计完10组结果后将预判据除以10进行归一化处理；(5)对预判据进行比较，最大值PLm所在线路为故障线路。

【技术特征摘要】
1.一种基于样本熵和经验模态分解的谐振接地系统选线方法，其特征在于，包含以下步骤：(1)故障选线装置检测到母线零序电压超过设定值U0set时启动并录波，采样率为25.6kHz，检测故障后20ms三相母线电压幅值，确定故障相；(2)提取各馈线故障后60ms的故障相电流，利用公式Δi(k)＝i(k)-i(k-3N)计算故障相电流的暂态分量，N为一个工频周期的采样点数，初始化预判据PL1，PL2，…，PLK为0，其中K为总出线数；(3)对各条出线的故障相电流暂态分量进行经验模态分解，将经验模态分解产生的本征模态分量个数定为9，加上余项，一共10个分量，计算本征模态熵IMEn，得到10组结果；(4)对每一组本征模态熵进行排序，选出最小值，最小值所属线路对应的预判据加1，统计完10组结果后将预判据除以10进行归一化处理；(5)对预判据进行比较，最大值PLm所在线路为故障...

【专利技术属性】
技术研发人员：张猛，任建文，渠卫东，刘献超，
申请(专利权)人：华北电力大学保定，
类型：发明
国别省市：河北;13